Constante dieléctrica del vacío. Constante dieléctrica del aire como cantidad física.

Constante dieléctrica relativa entorno ε - adimensional cantidad física, caracterizando las propiedades del medio aislante (dieléctrico). Está asociado con el efecto de polarización de los dieléctricos bajo la influencia de un campo eléctrico (y con el valor de la susceptibilidad dieléctrica del medio que caracteriza este efecto). El valor ε muestra cuántas veces la fuerza de interacción entre dos cargas eléctricas en un medio es menor que en el vacío. La constante dieléctrica relativa del aire y de la mayoría de los demás gases en condiciones normales es cercana a la unidad (debido a su baja densidad). Para la mayoría de los dieléctricos sólidos o líquidos, la permitividad relativa oscila entre 2 y 8 (para un campo estático). La constante dieléctrica del agua en un campo estático es bastante alta, alrededor de 80. Sus valores son grandes para sustancias con moléculas que tienen un dipolo eléctrico grande. La constante dieléctrica relativa de los ferroeléctricos es de decenas y cientos de miles.

Uso práctico

La constante dieléctrica de los dieléctricos es uno de los principales parámetros en el diseño de condensadores eléctricos. El uso de materiales con constante dieléctrica alta puede reducir significativamente las dimensiones físicas de los condensadores.

Parámetro constante dieléctrica tenido en cuenta al desarrollar placas de circuito impreso. El valor de la constante dieléctrica de la sustancia entre las capas, en combinación con su espesor, afecta el valor de la capacitancia estática natural de las capas de energía y también afecta significativamente la impedancia característica de los conductores en la placa.

Dependencia de la frecuencia

Cabe señalar que la constante dieléctrica depende en gran medida de la frecuencia. campo electromagnetico. Esto siempre se debe tener en cuenta, ya que las tablas de referencia suelen contener datos para un campo estático o frecuencias bajas de hasta unas pocas unidades de kHz sin especificar este hecho. Al mismo tiempo, también existen métodos ópticos para obtener la permitividad relativa del índice de refracción mediante elipsómetros y refractómetros. El valor obtenido por el método óptico (frecuencia 10 14 Hz) diferirá significativamente de los datos de las tablas.

Consideremos, por ejemplo, el caso del agua. En el caso de un campo estático (la frecuencia es cero), la permitividad relativa en condiciones normales es de aproximadamente 80. Este es el caso hasta las frecuencias infrarrojas. A partir de aproximadamente 2 GHz ε r comienza a caer. En el rango óptico ε r es aproximadamente 1,8. Esto concuerda con el hecho de que en el rango óptico el índice de refracción del agua es 1,33. En un rango de frecuencia estrecho, llamado óptico, la absorción dieléctrica cae a cero, lo que en realidad proporciona a una persona un mecanismo de visión en la atmósfera terrestre saturada de vapor de agua. CON mayor crecimiento Las propiedades de frecuencia del medio cambian nuevamente.

Valores de constantes dieléctricas para algunas sustancias.

CONTINUIDAD DIELÉCTRICA, un valor ε que caracteriza la polarización de los dieléctricos bajo la influencia de un campo eléctrico de intensidad E. La constante dieléctrica se incluye en la ley de Coulomb como una cantidad que muestra cuántas veces la fuerza de interacción entre dos cargas libres en un dieléctrico es menor que en un aspirador. El debilitamiento de la interacción se produce debido al apantallamiento de cargas libres por las unidas formadas como resultado de la polarización del medio. Las cargas unidas surgen como resultado de una redistribución espacial microscópica de cargas (electrones, iones) en un entorno generalmente eléctricamente neutro.

La relación entre los vectores de polarización P, la intensidad del campo eléctrico E y la inducción eléctrica D en un medio isotrópico en el sistema SI tiene la forma:

donde ε 0 es la constante eléctrica. El valor de la constante dieléctrica ε depende de la estructura y composición química sustancias, así como presión, temperatura y otros Condiciones externas(mesa).

Para los gases su valor es cercano a 1, para líquidos y sólidos varía desde varias unidades hasta varias decenas y para los ferroeléctricos puede llegar a 10 4 . Esta dispersión de los valores de ε se debe a diferentes mecanismos de polarización que ocurren en diferentes dieléctricos.

La teoría microscópica clásica conduce a una expresión aproximada de la constante dieléctrica de los dieléctricos no polares:

donde n i es la concentración del i-ésimo tipo de átomos, iones o moléculas, α i es su polarizabilidad, β i es el llamado factor de campo interno, debido a las características estructurales del cristal o sustancia. Para la mayoría de los dieléctricos con una constante dieléctrica en el rango de 2 a 8, β = 1/3. Normalmente, la constante dieléctrica es prácticamente independiente de la magnitud del campo eléctrico aplicado hasta la ruptura eléctrica del dieléctrico. Los altos valores de ε de algunos óxidos metálicos y otros compuestos se deben a las peculiaridades de su estructura, que permite, bajo la influencia del campo E, un desplazamiento colectivo de las subredes de iones positivos y negativos en direcciones opuestas y la formación de cargas ligadas significativas en el límite del cristal.

El proceso de polarización de un dieléctrico cuando se aplica un campo eléctrico no se desarrolla instantáneamente, sino a lo largo de un período de tiempo τ (tiempo de relajación). Si el campo E cambia en el tiempo t según una ley armónica con una frecuencia ω, entonces la polarización del dieléctrico no tiene tiempo de seguirla y aparece una diferencia de fase δ entre las oscilaciones P y E. Al describir las oscilaciones de P y E utilizando el método de amplitudes complejas, la constante dieléctrica se representa como una cantidad compleja:

ε = ε’ + iε",

además, ε' y ε" dependen de ω y τ, y la relación ε"/ε' = tan δ determina las pérdidas dieléctricas en el medio. El cambio de fase δ depende de la relación τ y del período de campo T = 2π/ω. En τ<< Т (ω<< 1/τ, низкие частоты) направление Р изменяется практически одновременно с Е, т. е. δ → 0 (механизм поляризации «включён»). Соответствующее значение ε’ обозначают ε (0) . При τ >> T (altas frecuencias), la polarización no sigue el ritmo del cambio Ε, δ → π y ε’ en este caso denota ε (∞) (el mecanismo de polarización está “apagado”). Es obvio que ε (0) > ε (∞) , y en campos variables La constante dieléctrica resulta ser función de ω. Cerca de ω = l/τ, ε’ cambia de ε (0) a ε (∞) (región de dispersión), y la dependencia tanδ(ω) pasa por un máximo.

La naturaleza de las dependencias ε'(ω) y tanδ(ω) en la región de dispersión está determinada por el mecanismo de polarización. En el caso de iónicos y polarizaciones electrónicas con el desplazamiento elástico de cargas ligadas, el cambio en P(t) con la inclusión gradual del campo E tiene el carácter de oscilaciones amortiguadas y las dependencias ε’(ω) y tanδ(ω) se llaman resonantes. En el caso de la polarización orientacional, el establecimiento de P(t) es exponencial, y las dependencias ε’(ω) y tanδ(ω) se denominan relajación.

Los métodos para medir la polarización dieléctrica se basan en los fenómenos de interacción del campo electromagnético con los momentos dipolares eléctricos de las partículas de materia y son diferentes para diferentes frecuencias. La mayoría de los métodos para ω ≤ 10,8 Hz se basan en el proceso de carga y descarga de un condensador de medición lleno con el dieléctrico en estudio. A frecuencias más altas, se utilizan métodos de guía de ondas, resonantes, multifrecuencia y otros.

En algunos dieléctricos, por ejemplo los ferroeléctricos, la relación proporcional entre P y E [P = ε 0 (ε ‒ 1)E] y, en consecuencia, entre D y E ya se viola en los campos eléctricos ordinarios logrados en la práctica. Formalmente, esto se describe como la dependencia ε(Ε) ≠ const. En este caso, una característica eléctrica importante del dieléctrico es la constante dieléctrica diferencial:

En dieléctricos no lineales, el valor de ε diff generalmente se mide en campos alternos débiles con la aplicación simultánea de un fuerte campo constante, y la componente variable ε diff se llama constante dieléctrica reversible.

Iluminado. ver en st. Dieléctricos.

• determinar la intensidad del campo eléctrico en el vacío;
• incluido en las expresiones de algunas leyes del electromagnetismo, incluida la ley de Coulomb, cuando se escribe en una forma correspondiente al Sistema Internacional de Unidades.

La constante dieléctrica proporciona una conexión entre la constante dieléctrica relativa y absoluta. También se incluye en la notación de la ley de Coulomb:

ver también

Notas

Literatura

Enlaces

Fundación Wikimedia. 2010.

Vea qué es “Constante dieléctrica” en otros diccionarios:

constante dieléctrica- constante dieléctrica - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Diccionario inglés-ruso de ingeniería eléctrica e ingeniería energética, Moscú, 1999] Temas ingeniería eléctrica, conceptos básicos Sinónimos constante dieléctrica... ...

- (designación e0), una cantidad física que indica la relación entre la fuerza que actúa entre cargas eléctricas en el vacío con el tamaño de estas cargas y la distancia entre ellas. Inicialmente, este indicador se llamaba DIELÉCTRICO... ... Diccionario enciclopédico científico y técnico.

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constante dieléctrica- dielektrinė skvarba statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. constante dieléctrica; permitividad vok. dielektrische Leitfähigkeit, f; Dielektrizitätskonstante, f; Permittivität, f rus. constante dieléctrica, f; constante dieléctrica ... Fizikos terminų žodynas

Un nombre obsoleto para constante dieléctrica (Ver Constante dieléctrica)... Gran enciclopedia soviética

Constante dieléctrica ε para algunos líquidos (a 20°C)- Disolvente ε Acetona 21,5 Benceno 2,23 Agua 81,0 ... Libro de referencia química

constante dieléctrica inicial- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Diccionario inglés-ruso de ingeniería eléctrica e ingeniería energética, Moscú, 1999] Temas de ingeniería eléctrica, conceptos básicos ES constante dieléctrica inicial ... Guía del traductor técnico

constante dieléctrica relativa- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Diccionario inglés-ruso de ingeniería eléctrica e ingeniería energética, Moscú, 1999] Temas de ingeniería eléctrica, conceptos básicos EN permitividad relativa constante dieléctrica relativa ... Guía del traductor técnico

constante dieléctrica específica- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Diccionario inglés-ruso de ingeniería eléctrica e ingeniería energética, Moscú, 1999] Temas de ingeniería eléctrica, conceptos básicos EN capacidad de intercambio simultáneoSIC ... Guía del traductor técnico

la constante dieléctrica- constante dieléctrica absoluta; industria constante dieléctrica Cantidad escalar que caracteriza las propiedades eléctricas de un dieléctrico igual a la relación entre la magnitud del desplazamiento eléctrico y la magnitud de la intensidad del campo eléctrico... Diccionario explicativo terminológico politécnico.

LA CONSTANTE DIELÉCTRICA (constante dieléctrica) es una cantidad física que caracteriza la capacidad de una sustancia para reducir las fuerzas de interacción eléctrica en esta sustancia en comparación con el vacío. Así, d.p. muestra cuántas veces las fuerzas de interacción eléctrica en una sustancia son menores que en el vacío.

D.p. es una característica que depende de la estructura de la sustancia dieléctrica. Los electrones, iones, átomos, moléculas o sus partes individuales y secciones más grandes de cualquier sustancia en un campo eléctrico están polarizados (ver Polarización), lo que conduce a una neutralización parcial del campo eléctrico externo. Si la frecuencia del campo eléctrico es proporcional al tiempo de polarización de la sustancia, entonces en cierto rango frecuencias, existe una dispersión de la frecuencia dinámica, es decir, la dependencia de su valor de la frecuencia (ver Dispersión). El poder de una sustancia depende tanto de las propiedades eléctricas de los átomos y moléculas como de su disposición relativa, es decir, de la estructura de la sustancia. Por lo tanto, la determinación de la conductividad eléctrica o sus cambios según las condiciones ambientales se utiliza al estudiar la estructura de una sustancia y, en particular, de varios tejidos del cuerpo (ver Conductividad eléctrica de los sistemas biológicos).

Diferentes sustancias (dieléctricos), según su estructura y estado de agregación, tienen diferentes valores de d.p. (tabla).

Mesa. El valor de la constante dieléctrica de algunas sustancias.

De particular importancia para la investigación de biol médico es el estudio de D. y. en líquidos polares. Un representante típico de ellos es el agua, formada por dipolos que están orientados en un campo eléctrico debido a la interacción entre las cargas del dipolo y el campo, lo que conduce a la aparición de un dipolo o polarización orientacional. El alto valor de la presión del agua (80 a t° 20°) determina un alto grado disociación de diversas sustancias químicas que contiene. sustancias y buena solubilidad de sales, compuestos, bases y otros compuestos (ver Disociación, Electrolitos). Con un aumento en la concentración del electrolito en el agua, el valor de su DP disminuye (por ejemplo, para electrolitos monovalentes, el DP del agua disminuye en uno cuando la concentración de sal aumenta en 0,1 M).

La mayoría de los objetos biológicos pertenecen a dieléctricos heterogéneos. Cuando los iones de un objeto biológico interactúan con un campo eléctrico, la polarización de las interfaces es de gran importancia (ver Membranas biológicas). En este caso, la magnitud de la polarización es mayor cuanto menor es la frecuencia del campo eléctrico. Dado que la polarización de las interfaces de un biol, un objeto depende de su permeabilidad (ver) para los iones, es obvio que el D. p. efectivo en en mayor medida determinado por el estado de las membranas.

Dado que la polarización de un objeto tan complejo y heterogéneo como uno biológico tiene una naturaleza diferente (concentración, macroestructural, orientación, iónica, electrónica, etc.), queda claro que con una frecuencia cada vez mayor el cambio en el factor de dispersión (dispersión) es brusco. expresado. Convencionalmente, se distinguen tres regiones de dispersión de la frecuencia dinámica: dispersión alfa (a frecuencias de hasta 1 kHz), dispersión beta (frecuencia de varios kHz a decenas de MHz) y dispersión gamma (frecuencias superiores a 10,9 Hz); En biol, los objetos no suelen tener límites claros entre las áreas de dispersión.

Con deterioro de la función, estado del biol, objeto, dispersión de D. p. en bajas frecuencias disminuye hasta desaparición completa(con muerte del tejido). A altas frecuencias, el valor del d.p. no cambia significativamente.

Los D.p. se miden en una amplia gama de frecuencias y, según el rango de frecuencia, los métodos de medición también cambian significativamente. En frecuencias corriente eléctrica menos de 1 Hz, la medición se realiza mediante el método de carga o descarga de un condensador lleno con la sustancia problema. Conociendo la dependencia de la corriente de carga o descarga en el tiempo, es posible determinar no solo el valor de la capacitancia eléctrica del condensador, sino también las pérdidas en el mismo. En frecuencias de 1 a 3 10 8 Hz para medir D. y. Utilizan métodos especiales de resonancia y puente, que permiten estudiar exhaustivamente los cambios en la presión dinámica. varias sustancias de la forma más completa y exhaustiva.

En la investigación médico-biológica, los puentes simétricos de corriente alterna con lectura directa de las cantidades medidas se utilizan con mayor frecuencia.

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La constante dieléctrica- este es uno de los principales parámetros que caracterizan las propiedades eléctricas de los dieléctricos. En otras palabras, determina qué tan buen aislante es un material en particular.

El valor de la permitividad muestra la dependencia de la inducción eléctrica en el dieléctrico de la intensidad del campo eléctrico que actúa sobre él. Además, su valor está influenciado no sólo propiedades físicas el material o medio en sí, sino también la frecuencia del campo. Como regla general, los libros de referencia indican el valor medido para un campo estático o de baja frecuencia.

Hay dos tipos de permitividad: absoluta y relativa.

Constante dieléctrica relativa muestra la relación entre las propiedades aislantes (dieléctricas) del material en estudio y propiedades similares del vacío. Caracteriza las propiedades aislantes de una sustancia en estado gaseoso, líquido o sólido. Es decir, es aplicable a casi todos los dieléctricos. El valor de la constante dieléctrica relativa para sustancias en estado gaseoso, por regla general, está dentro del rango 1. Para líquidos y sólidos puede estar en límites muy amplios, desde 2 y casi hasta el infinito.

Por ejemplo, constante dieléctrica relativa agua dulce igual a 80, y ferroeléctricos: decenas o incluso cientos de unidades, dependiendo de las propiedades del material.

Constante dieléctrica absoluta es un valor constante. Caracteriza las propiedades aislantes de una sustancia o material en particular, independientemente de su ubicación y de los factores externos que la afecten.

Uso

La constante dieléctrica, o más bien sus valores, se utilizan en el desarrollo y diseño de nuevos componentes electrónicos, en particular condensadores. Las futuras dimensiones y características eléctricas del componente dependen de su valor. Este valor también se tiene en cuenta a la hora de desarrollar sistemas completos. circuitos electricos(especialmente en electrónica de alta frecuencia) e incluso